EP2883688B1 - Composite annular casing of a turbomachine compressor and method for its manufacture - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a composite outer annular casing of an axial turbomachine. More specifically, the invention relates to a composite annular casing of an axial turbomachine having a circular wall, a radial annular flange and a sharp edge at their junction; the composite comprising a fiber preform. The invention also relates to an axial turbomachine comprising a composite annular casing. The invention also relates to a method of manufacturing a composite annular casing for an axial turbomachine.
- Such a housing generally has a cylindrical portion which supports annular rows of blades, and annular fixing flanges which extend radially.
- the flanges allow the compressor casing to be mounted on an intermediate fan casing, and the attachment of an annular separating nozzle.
- the internal surface of the casing makes it possible to guide the annular flow along the compressor, and for this purpose must have a smooth surface; without jumps. This constraint requires making sharp edges at the level of the fixing flanges.
- the cross section of the core of the auxiliary reinforcement has a profile generally in a triangle, optionally in a right triangle, the right angle of which is disposed at the level of the sharp edge.
- the fibers of the core of the auxiliary reinforcement extend mainly parallel to the edge, preferably each portion of fibers of the auxiliary reinforcement (56) is inclined relative to the edge at a lower angle. at 40 °, more preferably less than 20 °.
- the core of the auxiliary reinforcement comprises fibers of the same type as the main reinforcement, preferably the fibers of the main reinforcement and of the core of the auxiliary reinforcement are of the same length and / or of the same diameter.
- the main reinforcement and the core of the auxiliary reinforcement each have a homogeneous fiber density, preferably the ratio of the fiber densities of the reinforcements is between 0.5 and 1.50; preferably between 0.80 and 1.20; more preferably between 0.95 and 1.05.
- the core conforms to the main reinforcement over the majority, preferably over the entire radial height of the core.
- the casing has continuity of material between the fixing flange and the wall.
- the envelope of the core delimits a space which occupies at least 15%, preferably at least 25%, more preferably at least 35% of the junction between the flange and the wall of the annular casing.
- the matrix and the core form the sharp edge.
- the casing comprises a flange extending perpendicularly to the wall.
- the invention also relates to a turbomachine according to claim 11.
- the invention also relates to a method, according to claim 13, for manufacturing a composite annular turbomachine casing.
- said reinforcement before step (b) of placing a main reinforcement, said reinforcement is produced with a rounding intended to come into contact with a contact surface of the auxiliary reinforcement, preferably at after step (b) the rounding of the main reinforcement flattens out and the contact surface of the auxiliary reinforcement is curved.
- the main reinforcement is compacted and / or the main reinforcement and the core compact each other.
- the figure 5 shows a section of the main fiber reinforcement 38 of the composite annular casing along the line 5-5 drawn on the figure 4-4 .
Description
L'invention a trait à un carter annulaire externe composite de turbomachine axiale. Plus précisément, l'invention a trait à un carter annulaire composite de turbomachine axiale présentant une paroi circulaire, une bride annulaire radiale une arête vive à leur jonction ; le composite comprenant une préforme fibreuse. L'invention a également trait à une turbomachine axiale comprenant un carter annulaire composite. L'invention a également trait à un procédé de fabrication d'un carter annulaire composite de turbomachine axiale.The invention relates to a composite outer annular casing of an axial turbomachine. More specifically, the invention relates to a composite annular casing of an axial turbomachine having a circular wall, a radial annular flange and a sharp edge at their junction; the composite comprising a fiber preform. The invention also relates to an axial turbomachine comprising a composite annular casing. The invention also relates to a method of manufacturing a composite annular casing for an axial turbomachine.
Dans le but d'alléger une turbomachine, certains de ses éléments conventionnellement produits en métal peuvent l'être en un matériau composite. Des éléments structurants tels des supports, des carters peuvent être produits en un matériau composite. En particulier, un carter externe de compresseur, notamment basse pression, peut être produit en un matériau composite.In order to lighten a turbomachine, some of its elements conventionally produced in metal can be made of a composite material. Structuring elements such as supports, housings can be produced in a composite material. In particular, an external compressor casing, in particular low pressure, can be produced in a composite material.
Un tel carter présente généralement une portion cylindrique qui supporte des rangées annulaires d'aubes, et des brides annulaires de fixation qui s'étendent radialement. Les brides permettent le montage du carter de compresseur sur un carter intermédiaire de soufflante, et la fixation d'un bec annulaire de séparation. La surface interne du carter permet de guider le flux annulaire le long du compresseur, et doit à cet effet présenter une surface lisse ; sans ressauts. Cette contrainte impose de réaliser des arêtes vives au niveau des brides de fixations.Such a housing generally has a cylindrical portion which supports annular rows of blades, and annular fixing flanges which extend radially. The flanges allow the compressor casing to be mounted on an intermediate fan casing, and the attachment of an annular separating nozzle. The internal surface of the casing makes it possible to guide the annular flow along the compressor, and for this purpose must have a smooth surface; without jumps. This constraint requires making sharp edges at the level of the fixing flanges.
Un carter externe composite de compresseur peut être réalisé à partir d'une préforme densifiée par une matrice. La préforme peut être formée d'un empilement de feuilles fibreuses empilées les unes sur les autres, les feuilles s'étendant à la fois sur la portion cylindrique et sur les brides de fixation. Une fois mise en forme, la préforme est disposée dans un moule d'injection présentant des arêtes pour reproduire la forme voulue du carter. Or, la préforme empilée forme un arrondi au niveau de l'arête du moule et laisse subsister une espace vide à cet endroit. Lors de l'injection, l'espace est rempli par la résine sans être renforcé par des fibres. Par conséquent, le carter composite présente une faiblesse à cet endroit.A composite compressor outer casing can be made from a preform densified by a die. The preform may be formed from a stack of fibrous sheets stacked on top of each other, the sheets extending both over the cylindrical portion and over the securing flanges. Once shaped, the preform is placed in a mold injection having ridges to reproduce the desired shape of the housing. However, the stacked preform forms a rounding at the level of the edge of the mold and leaves an empty space there. During injection, the space is filled with resin without being reinforced by fibers. Therefore, the composite housing exhibits a weakness in this location.
Il est connu du document
Le document
L'invention a pour objectif de résoudre au moins un des problèmes posés par l'art antérieur. L'invention a également pour objectif de renforcer une jonction annulaire entre une bride de fixation et une paroi circulaire d'un carter annulaire externe composite de turbomachine. L'invention a également pour objectif de renforcer au plus près une arête vive sous une bride annulaire du carter annulaire externe composite de turbomachine. Solution technique The object of the invention is to solve at least one of the problems posed by the prior art. Another objective of the invention is to reinforce an annular junction between a fixing flange and a circular wall of a composite outer annular casing of a turbomachine. The object of the invention is also to reinforce as closely as possible a sharp edge under an annular flange of the composite outer annular casing of the turbomachine. Technical solution
L'invention a trait à un carter annulaire composite de turbomachine suivant la revendication 1, notamment de compresseur basse pression.The invention relates to a composite annular casing of a turbomachine according to Claim 1, in particular of a low-pressure compressor.
Selon un mode avantageux de l'invention, le noyau du renfort auxiliaire comprend un toron préférentiellement tressé ou tissé, éventuellement de manière tridimensionnelle.According to an advantageous embodiment of the invention, the core of the auxiliary reinforcement comprises a strand preferably braided or woven, optionally in a three-dimensional manner.
Selon un mode avantageux de l'invention, la section transversale du noyau du renfort auxiliaire présente un profil généralement en triangle, éventuellement en triangle rectangle dont l'angle droit est disposé au niveau de l'arête vive.According to an advantageous embodiment of the invention, the cross section of the core of the auxiliary reinforcement has a profile generally in a triangle, optionally in a right triangle, the right angle of which is disposed at the level of the sharp edge.
Selon un mode avantageux de l'invention, le renfort principal et le renfort auxiliaire sont essentiellement en contact sur toute l'épaisseur radiale de la paroi et/ou sur toute l'épaisseur axiale de la bride de fixation.According to an advantageous embodiment of the invention, the main reinforcement and the auxiliary reinforcement are essentially in contact over the entire radial thickness of the wall and / or over the entire axial thickness of the fixing flange.
Selon l'invention, le noyau du renfort auxiliaire comprend des fibres qui s'étendent radialement depuis l'arête jusqu'au renfort principal, préférentiellement le noyau du renfort auxiliaire présente une densité en fibres homogène perpendiculairement à son allongement.According to the invention, the core of the auxiliary reinforcement comprises fibers which extend radially from the edge to the main reinforcement, preferably the core of the auxiliary reinforcement has a homogeneous fiber density perpendicular to its elongation.
Selon un mode avantageux de l'invention, la bride de fixation est une bride annulaire de fixation et/ou une bride axiale de fixation, préférentiellement le carter annulaire est un demi-carter annulaire s'étendant sur un demi-cercle qui comprend des brides axiales disposées latéralement sur la portion cylindrique et des brides annulaires opposées disposées aux extrémités axiales de la portion cylindrique.According to an advantageous embodiment of the invention, the fixing flange is an annular fixing flange and / or an axial fixing flange, preferably the annular casing is an annular half-casing extending over a semicircle which comprises flanges axial arranged laterally on the cylindrical portion and opposing annular flanges disposed at the axial ends of the cylindrical portion.
Selon un mode avantageux de l'invention, les fibres du noyau du renfort auxiliaire s'étendent principalement parallèlement à l'arête, préférentiellement chaque portion de fibres du renfort auxiliaire (56) est inclinée par rapport à l'arête d'un angle inférieur à 40 °, plus préférentiellement inférieur à 20°.According to an advantageous embodiment of the invention, the fibers of the core of the auxiliary reinforcement extend mainly parallel to the edge, preferably each portion of fibers of the auxiliary reinforcement (56) is inclined relative to the edge at a lower angle. at 40 °, more preferably less than 20 °.
Selon l'invention, le noyau du renfort auxiliaire comprend des fibres de même nature que le renfort principal, préférentiellement les fibres du renfort principal et du noyau du renfort auxiliaire sont de même longueur et/ou de même diamètre.According to the invention, the core of the auxiliary reinforcement comprises fibers of the same type as the main reinforcement, preferably the fibers of the main reinforcement and of the core of the auxiliary reinforcement are of the same length and / or of the same diameter.
Selon un mode avantageux de l'invention, les fibres du renfort principal et du noyau du renfort auxiliaire sont imbriquées à l'interface entre le renfort principal et le renfort auxiliaire, préférentiellement les fibres des renforts sont agencées en faisceaux de fibres qui sont imbriqués au travers de l' interface.According to an advantageous embodiment of the invention, the fibers of the main reinforcement and of the core of the auxiliary reinforcement are imbricated at the interface between the main reinforcement and the auxiliary reinforcement, preferably the fibers of the reinforcements are arranged in bundles of fibers which are interwoven with the through the interface.
Selon un mode avantageux de l'invention, le renfort principal et le noyau du renfort auxiliaire présentent chacun une densité de fibres homogène, préférentiellement le rapport des densités de fibres des renforts est compris entre 0,5 et 1,50 ; préférentiellement compris entre 0,80 et 1,20 ; plus préférentiellement compris entre 0,95 et 1,05.According to an advantageous embodiment of the invention, the main reinforcement and the core of the auxiliary reinforcement each have a homogeneous fiber density, preferably the ratio of the fiber densities of the reinforcements is between 0.5 and 1.50; preferably between 0.80 and 1.20; more preferably between 0.95 and 1.05.
Selon un mode avantageux de l'invention, la section du noyau est symétrique.According to an advantageous embodiment of the invention, the section of the core is symmetrical.
Selon un mode avantageux de l'invention, chaque portion de fibre du noyau est inclinée par rapport à l'axe d'allongement du carter d'un angle compris entre 50° et 130°, préférentiellement compris entre 60° et 120°, plus préférentiellement compris entre 75° et 105°.According to an advantageous embodiment of the invention, each fiber portion of the core is inclined relative to the axis of elongation of the casing by an angle of between 50 ° and 130 °, preferably between 60 ° and 120 °, more preferably between 75 ° and 105 °.
Selon un mode avantageux de l'invention, le noyau épouse le renfort principal sur la majorité, préférentiellement sur toute la hauteur radiale du noyau.According to an advantageous embodiment of the invention, the core conforms to the main reinforcement over the majority, preferably over the entire radial height of the core.
Selon un mode avantageux de l'invention, le carter présente une continuité de matière entre la bride de fixation et la paroi.According to an advantageous embodiment of the invention, the casing has continuity of material between the fixing flange and the wall.
Selon un mode avantageux de l'invention, l'enveloppe du noyau délimite un espace qui occupe au moins 15%, préférentiellement au moins 25 %, plus préférentiellement au moins 35% de la jonction entre la bride et la paroi du carter annulaire.According to an advantageous embodiment of the invention, the envelope of the core delimits a space which occupies at least 15%, preferably at least 25%, more preferably at least 35% of the junction between the flange and the wall of the annular casing.
Selon un mode avantageux de l'invention, la matrice et le noyau forment l'arête vive.According to an advantageous embodiment of the invention, the matrix and the core form the sharp edge.
Selon un mode avantageux de l'invention, le carter comprend une bride s'étendant perpendiculairement à la paroi.According to an advantageous embodiment of the invention, the casing comprises a flange extending perpendicularly to the wall.
L'invention a également trait à une turbomachine suivant la revendication 11.The invention also relates to a turbomachine according to claim 11.
Selon un mode avantageux de l'invention, la turbomachine comprend un carter intermédiaire de soufflante, un compresseur basse pression avec des rangées annulaires d'aubes statoriques et un bec de séparation, le carter annulaire comprenant une bride annulaire de fixation à chaque extrémité axiale, dont une bride amont et une bride aval, le carter annulaire présentant une réduction de rayon vers l'aval, préférentiellement le carter annulaire est une structure principale externe du compresseur sur laquelle sont fixées les rangées d'aubes, le bec de séparation via la bride amont, le carter intermédiaire de soufflante via la bride aval, le carter annulaire comprenant en outre une alternance de couches annulaires de matériau abradable et de surfaces annulaires de fixation d'aubes, le carter annulaire est formé de demi-coquilles séparées par un plan s'étendant axialement.According to an advantageous embodiment of the invention, the turbomachine comprises an intermediate fan casing, a low pressure compressor with annular rows of stator vanes and a separating nozzle, the annular casing comprising an annular fixing flange at each axial end, including an upstream flange and a downstream flange, the annular casing having a reduction in radius downstream, preferably the annular casing is an external main structure of the compressor on which the rows of blades are fixed, the separating nozzle via the flange upstream, the intermediate fan casing via the downstream flange, the annular casing further comprising an alternation of annular layers of abradable material and annular blade fixing surfaces, the annular casing is formed of half-shells separated by a plane s 'extending axially.
L'invention a également trait à un procédé, suivant la revendication 13, de fabrication d'un carter annulaire composite de turbomachine.The invention also relates to a method, according to claim 13, for manufacturing a composite annular turbomachine casing.
Selon un mode avantageux de l'invention, avant l'étape (b) de mise en place d'un renfort principal, ledit renfort est produit avec un arrondi destinée à venir en contact d'une surface de contact du renfort auxiliaire, préférentiellement à l'issue de l'étape (b) l'arrondi du renfort principal s' aplatit et la surface de contact du renfort auxiliaire s'incurve.According to an advantageous embodiment of the invention, before step (b) of placing a main reinforcement, said reinforcement is produced with a rounding intended to come into contact with a contact surface of the auxiliary reinforcement, preferably at after step (b) the rounding of the main reinforcement flattens out and the contact surface of the auxiliary reinforcement is curved.
Selon un mode avantageux de l'invention, lors de l'étape (c) fermeture du moule d'injection, le renfort principal est compacté et/ou le renfort principal et le noyau se compactent mutuellement.According to an advantageous embodiment of the invention, during step (c) closing of the injection mold, the main reinforcement is compacted and / or the main reinforcement and the core compact each other.
Selon un mode avantageux de l'invention, au moment de la fermeture du moule, le noyau épouse sur toute sa hauteur radiale la surface du moule qui forme la bride.According to an advantageous embodiment of the invention, when the mold is closed, the core conforms over its entire radial height to the surface of the mold which forms the flange.
L'invention permet de renforcer une arête vive de carter de turbomachine. La densité en fibre peut être homogène, ce qui optimise la résistance mécanique. La répartition des fibres de part et d'autre de l'arête peut être symétrique, ce qui améliore les propriétés mécaniques. Le procédé permet de réaliser une arête vive avec des côtes précises et une arête affutée, sans nécessiter d'usinage complémentaire.The invention makes it possible to reinforce a sharp edge of a turbomachine casing. The fiber density can be homogeneous, which optimizes the mechanical strength. The distribution of the fibers on either side of the edge can be symmetrical, which improves the mechanical properties. The process makes it possible to produce a sharp edge with precise ribs and a sharp edge, without requiring additional machining.
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La
figure 1 représente une turbomachine axiale selon l'invention.Thefigure 1 represents an axial turbomachine according to the invention. -
La
figure 2 est un schéma d'un compresseur de turbomachine selon l'invention.Thefigure 2 is a diagram of a turbomachine compressor according to the invention. -
La
figure 3 est un diagramme représentant le procédé de fabrication d'un carter selon l'invention.Thefigure 3 is a diagram representing the method of manufacturing a housing according to the invention. -
La
figure 4 schématise un renfort fibreux principal du carter selon l'invention.Thefigure 4 shows schematically a main fiber reinforcement of the housing according to the invention. -
La
figure 5 illustre une coupe du renfort fibreux principal du carter selon l'invention suivant l'axe 5-5 tracé sur lafigure 4 .Thefigure 5 illustrates a section of the main fiber reinforcement of the housing according to the invention along the line 5-5 drawn on thefigure 4 . -
La
figure 6 schématise un renfort fibreux auxiliaire du carter selon l'invention.Thefigure 6 shows schematically an auxiliary fibrous reinforcement of the casing according to the invention. -
La
figure 7 représente l'étape du procédé de mise en place du renfort fibreux auxiliaire dans le moule selon l'invention.Thefigure 7 represents the step of the method of placing the auxiliary fibrous reinforcement in the mold according to the invention. -
La
figure 8 représente l'étape du procédé de mise en place du renfort fibreux principal dans le moule selon l'invention.Thefigure 8 represents the stage of the process for placing the main fibrous reinforcement in the mold according to the invention. -
La
figure 9 représente un état intermédiaire du procédé où les renforts sont disposés dans le moule selon l'invention.Thefigure 9 represents an intermediate state of the process where the reinforcements are placed in the mold according to the invention. -
La
figure 10 représente l'étape du procédé de fermeture du moule selon l'invention.Thefigure 10 represents the stage of the method of closing the mold according to the invention. -
La
figure 11 représente l'étape du procédé d'injection d'une résine dans le moule selon l'invention.Thefigure 11 represents the step of the method of injecting a resin into the mold according to the invention. -
La
figure 12 représente l'étape du procédé de démoulage du carter selon l'invention.Thefigure 12 represents the stage of the process for demolding the casing according to the invention.
Dans la description qui va suivre, les termes intérieur ou interne et extérieur ou externe renvoient à un positionnement par rapport à l'axe de rotation d'une turbomachine axiale.In the description which follows, the terms internal or internal and external or external refer to a positioning with respect to the axis of rotation of an axial turbomachine.
Dans la description qui va suivre, les termes intérieur ou interne et extérieur ou externe renvoient à un positionnement par rapport à l'axe de rotation d'une turbomachine axiale.In the description which follows, the terms internal or internal and external or external refer to a positioning with respect to the axis of rotation of an axial turbomachine.
La
Un ventilateur d'entrée communément désigné fan 16 est couplé au rotor 12 et génère un flux d'air qui se divise en un flux primaire 18 traversant les différents niveaux sus mentionnés de la turbomachine, et un flux secondaire 20 traversant un conduit annulaire (partiellement représenté) le long de la machine pour ensuite rejoindre le flux primaire en sortie de turbine. Les flux primaire 18 et secondaire 20 sont des flux annulaires, ils sont canalisés par les carter de la turbomachine.An inlet fan commonly referred to as
La
Le compresseur comprend plusieurs redresseurs, en l'occurrence quatre, qui contiennent chacun une rangée d ' aubes statoriques 26. Les redresseurs sont chacun associé à une rangée d'aubes rotoriques pour redresser le flux d'air, de sorte à convertir la vitesse du flux en pression.The compressor comprises several rectifiers, in this case four, which each contain a row of
Le compresseur comprend au moins un carter 28. Le carter 28 peut présenter une forme généralement annulaire avec un profil de révolution autour de l'axe de rotation 14 de la turbomachine. Il peut être un carter externe et peut être réalisé en matériaux composites. Il peut être essentiellement plat. Le carter annulaire 28 peut comprendre des brides de fixation 30, par exemple des brides annulaires de fixation pour la fixation du bec de séparation 22 et/ou pour se fixer à un carter intermédiaire de soufflante 32 de la turbomachine. Les brides annulaires 30 peuvent comprendre des orifices de fixation (non représentés) pour permettre une fixation par boulons, ou par lockbolts.The compressor comprises at least one
La carter annulaire composite 28 peut comprendre une paroi généralement 34 circulaire ou en arc de cercle, dont les bords peuvent être délimités par les brides 30. La paroi 34 peut présenter une forme d'ogive, avec une variation de rayon le long de l'axe 14. Cette évolution du rayon peut s'inverser. La paroi 34 présente une surface intérieure avec une double courbure, l'une des courbures étant selon un plan axial, l'autre courbure étant selon un plan radial. Il est entendu que le plan radial est perpendiculaire à l'axe 14, le plan axial s'étend axialement et radialement.The composite
La paroi 34 peut présenter des surfaces annulaires de fixations d'aubes et/ou des séries d'orifices de fixation (non représentés) disposées en rangées annulaires pour la fixation des aubes statoriques 26. Les orifices de fixation peuvent être munis d'inserts (non représentés) pour renforcer le matériau composite du carter annulaire 28. Les inserts peuvent être intégrés dans l'épaisseur de la paroi 34 ou des brides 30.The
Le carter annulaire 28 peut également être un support pour des couches annulaires de matériau abradable 36 qui sont disposées contre la paroi 34 et qui sont destinées à assurer une étanchéité avec les extrémités externes des aubes rotoriques 24. Les surfaces annulaires de fixations d'aubes et les couches d'abradable 36 peuvent former une alternance. Le carter annulaire 28 comprend un matériau composite, par exemple avec une matrice organique et des fibres de carbone. Le carter annulaire 28 comprend un renfort fibreux principal et un renfort fibreux auxiliaire.The
La
Le procédé comprend la succession, éventuellement dans cet ordre, des étapes suivantes:
- (a) une première étape de mise en place du renfort fibreux auxiliaire (107) ;
- (b) une deuxième étape de mise en place du renfort fibreux principal (108) ;
- (c) une troisième étape de fermeture du moule d'injection (110) ;
- (d) une quatrième étape d'injection et de polymérisation (111) ;
- (e) une cinquième étape de démoulage et éventuellement d'usinage (112).
- (a) a first step of placing the auxiliary fibrous reinforcement (107);
- (b) a second step of placing the main fibrous reinforcement (108);
- (c) a third step of closing the injection mold (110);
- (d) a fourth injection and polymerization step (111);
- (e) a fifth demoulding and optionally machining step (112).
La première étape 107 comprend une étape de fourniture ou réalisation d'un renfort fibreux auxiliaire. Elle peut être réalisée plusieurs fois de sorte à disposer un renfort auxiliaire dans chaque arête rentrante ou coin du moule. Eventuellement, elle peut consister à placer un renfort auxiliaire formant une boucle longeant le contour de la portion annulaire. Par exemple, le renfort auxiliaire peut longer deux brides axiales et deux brides annulaires.The
La deuxième étape 108 comprend une étape de fourniture ou réalisation d'un renfort fibreux principal. Suivant une alternative de l'invention, les renforts peuvent être réalisés avant la première étape du procédé. Le renfort principal peut être réalisé à même le moule par empilement de plis fibreux ou par empilement de plis fibreux sur un support de préformage externe. Chaque pli peut être tissé de sorte à présenter à l'avance la forme qu'il doit occuper lorsqu'il est disposé dans le moule. Les plis peuvent être maintenus les uns aux autres en les cousant, en les collant ponctuellement.The
Les étapes présentées ci-dessus ainsi que les éléments employés sont détaillés d'avantage dans les paragraphes suivants.The steps presented above as well as the elements employed are detailed in more detail in the following paragraphs.
La
Le renfort fibreux principal 38 peut présenter une symétrie de révolution avec un profil de révolution par rapport à l'axe 14. Il peut être plat. Il comprend une préforme fibreuse 40, qui a été formée de sorte à ébaucher la forme du carter annulaire composite. La préforme 40 peut présenter une cloison circulaire 42, ou en arc de cercle, destinée à renforcer la paroi du carter annulaire, et au moins une, préférentiellement deux brides annulaires de fixation 44 qui s'étendent radialement et qui sont destinées à renforcer les brides annulaires du carter annulaire.The main
La préforme 40 comprend un empilement de plis fibreux 46, qui peuvent s'étendre sur la cloison 42, et sur au moins une ou plusieurs brides de fixation 44. Chaque pli 46 peut s'étendre sur une fraction axiale de la cloison 42. Ainsi, le nombre de plis 46 peut varier axialement. Le nombre de plis peut augmenter vers l'aval. Au moins un pli 46 peut être ajouté pour renforcer la jonction entre la cloison 42 et une des brides 44. La préforme 40 peut comprendre une couche avec un matelas fibreux qui présente, selon son épaisseur, plusieurs niveaux de fibres, par exemple au moins deux préférentiellement au moins quatre, plus préférentiellement au moins dix niveaux de fibres.The
Les plis 46 peuvent comprendre des fibres de carbone, et/ou des fibres de graphite, et/ou des fibres de verre. Avantageusement, la préforme peut comprendre plusieurs types de plis. Par exemple, la préforme peut comprendre une couche centrale avec des plis en fibres de carbone, et au moins un pli avec des fibres de verre en surface, éventuellement pour éviter une corrosion galvanique.The
Les plis 46 sont des plis tissés, ces derniers peuvent comprendre des fibres et/ou des faisceaux de fibres tissés selon deux directions, par exemple perpendiculaires. Chaque faisceau de fibres peut présenter plusieurs fibres selon sa section. Eventuellement, un pli fibreux présente trois directions de tissage.The
La préforme 40 peut comprendre au moins cinq plis 46, préférentiellement au moins douze plis 46, plus préférentiellement au moins vingt plis 46 selon son épaisseur. Les plis 46 peuvent former un angle vif à la jonction entre la cloison 42 du côté radialement extérieur de la préforme 40. A l'intérieur, sous chaque bride annulaire 44, la préforme peut former un arrondi annulaire 50 ou coude qui résulte de l'enroulement des plis sur l'angle vif.The
La
Le carter annulaire peut décrire un cercle. Il peut être un demi-carter annulaire qui décrit un demi-cercle, ou un segment annulaire de carter annulaire qui décrit une fraction de cercle ; tel un quart, un sixième, ou un huitième de cercle.The annular casing can describe a circle. It may be an annular half-casing which describes a semicircle, or an annular segment of an annular casing which describes a fraction of a circle; like a quarter, a sixth, or an eighth of a circle.
Le carter annulaire peut être divisé selon un ou plusieurs plans qui s'étendent suivant l'axe de rotation 14. Pour joindre les demi-carters ou les segments de carters, ceux-ci sont munis de brides axiales de fixation destinées à être fixées les unes aux autres, et peuvent former un cercle lisse, sans marche. Par conséquent, la cloison, et la paroi peuvent être des demi-tubes, et s'étendre sur un demi-cercle, ou être des fractions de cercle. L'assemblage de demi-carters ou des fractions de carter permet de décrire un cercle fermé.The annular casing can be divided along one or more planes which extend along the axis of
Le renfort principal 38 du carter annulaire peut également décrire un demi-cercle de sorte à renforcer le demi-carter. Le renfort principal peut présenter des brides axiales de fixation 52, qui s'étendent radialement et qui peuvent suivre une sinusoïde. Le renfort principal 38 pouvant être réalisé par un empilement successif de plis fibreux 46, des arrondis axiaux 54 peuvent apparaître au bord de la paroi, à la jonction axiale avec les brides axiales, tout le long axialement des brides axiales 52.The
La
Le renfort fibreux auxiliaire 56 comprend un noyau 58. Le noyau 58 peut être un toron de fibres 60, éventuellement tissé ou tressé tridimensionnellement. Ses fibres 60 peuvent décrire des spirales longeant l'arête. Les fibres 60 et/ou les faisceaux de fibres du noyau 58 sont de même nature que les fibres de la préforme. Par même nature on peut entendre de même matière, et/ou de même longueur et/ou de même diamètre.The auxiliary
Le renfort auxiliaire 56 peut comprendre des portions prolongeant radialement ou axialement le noyau 58. Le noyau 58 peut présenter un allongement et une section transversale selon un plan perpendiculaire à son allongement. Sa section transversale peut être généralement un polygone, tel un triangule, éventuellement rectangle et/ou isocèle. La hauteur maximale H du triangle du profil du noyau 58 est sensiblement égale à l'épaisseur d'une des brides et/ou de l'épaisseur de la paroi de la première préforme. Ladite hauteur est mesurée radialement lorsque le renfort auxiliaire 56 est disposé dans le moule, elle peut être comprise entre 60% et 140%, préférentiellement entre 90% et 110% de l'épaisseur d'une des brides et/ou de l'épaisseur de la paroi de la première préforme. Le noyau 58 peut présenter une densité en fibre essentiellement constante.The
Les fibres 60 du noyau 58 peuvent être principalement orientées parallèlement à l'allongement du renfort auxiliaire 58. Chacune de leurs portions forme un angle inférieur à 45° par rapport à l'allongement du renfort auxiliaire, préférentiellement inférieur à 20°.The
La
Le procédé emploie un moule d'injection avec un premier moule 62. La première étape comprend la mise en place du renfort auxiliaire 56 à l'intérieur du premier moule 62, avec son noyau contre une surface de moulage 64. Le moule 62 peut être un moule permettant de réaliser un carter annulaire, un segment du carter annulaire ou une demi-coquille. Il peut présenter des surfaces de moulage générées par un profil de révolution. Le moule peut présenter une surface de moulage annulaire généralement tubulaire 66 qui est la conjuguée de la surface intérieure du carter annulaire. Bien que la surface de moulage tubulaire ici représentée soit droite, il est évident que dans la pratique elle peut présenter toute forme courbe permettant de réaliser une bride axiale ou une bride annulaire.The method employs an injection mold with a
Le moule 62 peut également présenter une surface de moulage s'étendant radialement 68, qui est la conjuguée d'une surface de fixation d'une des brides. La surface tubulaire 66 et la surface radiale 68 forment un coin 70 ou angle rentrant 70 à leur jonction. Afin de combler ce coin 70, le renfort auxiliaire 56 y est appliqué.The
Bien qu'un seul renfort auxiliaire 56 soit représenté, il est envisageable d'en appliquer d'autres, par exemple au niveau d'une bride opposée, ou au niveau de formes de marches.Although only one
La
La deuxième étape comprend la mise en place du renfort fibreux principal 38, de sorte à ce que ce dernier recouvre la surface tubulaire 66 et la surface radiale 68 du moule 62, ainsi que le renfort auxiliaire 56, et d'éventuels autres renforts auxiliaires. Lors de cette étape, le renfort principal 38 rentre en contact du noyau 58 du renfort auxiliaire 56 au niveau d'une surface de contact avec un profil généralement droit.The second step comprises the positioning of the main
La
Ces renforts peuvent s'épouser sur la majorité, préférentiellement sur au moins 80%, plus préférentiellement sur la totalité de l'épaisseur de la bride 44 ou 52 et/ou sur la majorité, préférentiellement sur au moins 80%, plus préférentiellement sur la totalité de l'épaisseur de la cloison 42 du renfort principal 38. Lorsqu'ils s'épousent, ils se compressent mutuellement, le grand côté du triangle s'incurve, et l'arrondi (50, 54) à la jonction entre la bride et la cloison 42 du renfort principal s'écrase, s'aplatit. Les renforts peuvent s'épouser sur la majorité, préférentiellement la totalité de la hauteur radiale du noyau du renfort auxiliaire.These reinforcements can match over the majority, preferably over at least 80%, more preferably over the entire thickness of the
A l'interface 71 des préformes, des fibres des deux préformes peuvent traverser ladite interface 71, être intercalés suivant un même niveau. Elles peuvent s'imbriquer ce qui améliore la cohérence en combinaison avec la matrice.At the
La
La troisième étape du procédé comprend la fermeture du moule d'injection, ce dernier comprenant au moins un deuxième moule 72 ou contre-moule 72 qui est appliqué contre le renfort principal 38 et le compacte. Le contre-moule 72 peut être un moule maie. Le contre-moule 72 peut réduire l'épaisseur de la cloison et/ou l'épaisseur de la bride (44, 52) du renfort principal 38. Le moule 62 et le contre-moule 72 définissent entre eux une cavité de moulage reproduisant essentiellement la forme du carter annulaire. Lors de cette étape, le noyau 58 peut être à nouveau compacté. L'effet de la fermeture du moule peut permettre de réduire les épaisseurs des préformes d'au moins 5%, préférentiellement au moins 20%.The third step of the process comprises closing the injection mold, the latter comprising at least a
La
La quatrième étape comprend l'injection d'une résine 74, notamment une résine organique, dans le moule d'injection. La résine peut être une résine thermoplastique telle de l'époxy, du polyétherimide (PEI), du polyétheréthercétone (PEEK). L'injection peut consister à imprégner les préformes, selon un procédé du type RTM (acronyme anglais pour Resin Transfer Molding). Le procédé peut comprendre une injection d'une résine chargée. Eventuellement, l'injection peut être assistée d'une aspiration.The fourth step comprises the injection of a
Suite à l'injection, le moule peut être maintenu pendant une période d'au moins une heure à une température supérieure à 50°C, préférentiellement supérieure à 120°C. Suite à ces étapes, la résine polymérise et durcit et peut adhérer aux renforts ; formant ainsi un corps solide.Following the injection, the mold can be maintained for a period of at least one hour at a temperature above 50 ° C, preferably above 120 ° C. Following these steps, the resin polymerizes and hardens and can adhere to the reinforcements; thus forming a solid body.
La
La cinquième étape comprend le démoulage du carter annulaire composite 28. Dans un premier temps, le contre moule est ôté du moule 62, puis un effort de démoulage est appliqué sur le carter pour l'extraire du moule.The fifth step comprises demolding the composite
Le carter 28 issu de moulage peut être usiné. Il peut être perforé au niveau des brides 30 pour réaliser des orifices de fixation, et/ou au niveau de la paroi 34 pour permettre le montage d'aubes. Eventuellement, les brides axiales et/ou annulaires peuvent être découpées pour enlever les extrémités hétérogènes, spécialement ajoutées pour améliorer la qualité des brides finies.The
Une fois polymérisée, la matrice lie le renfort principal 38 et le renfort auxiliaire 56. Elle présente une continuité de matière à l'interface 71 entre les renforts (38 ; 56), ce qui permet de les solidariser. Cette configuration favorise l'ancrage des renforts. Le noyau du renfort auxiliaire 56 comprend des fibres qui s'étendent radialement, sur au moins 10 %, préférentiellement sur au moins toute, plus préférentiellement sur au moins deux fois l'épaisseur de la paroi 34. Ces fibres améliorent la résistance en compression radiale de l'arête et permettent à l'arrête de former un bloc. Ces fibres s'étendent depuis l'arête 76 du carter 28 jusqu'au renfort principal 38.Once polymerized, the matrix binds the
Le renfort fibreux principal 38 s'étend de manière continue le long de la paroi 38 et de la bride 30 en formant une portion coudée et généralement arrondie au niveau de l'arête. Le noyau 58 s'étend le long de l'arête 76 de manière à combler le volume entre l'arête et la portion coudée du renfort principal 38. L'interface 71 peut présenter un profil généralement courbe et sensiblement aplati. Les renforts (38 et 56) peuvent être configurés de sorte à ce que le carter 28 présente une continuité et une homogénéité de densité de fibre dans la jonction 80 entre la bride 30 et la paroi 34 et/ou le long des surface de la jonction 80. Cette homogénéité améliore la résistance mécanique et l'endurance du carter 28 qui peut être soumis à des vibrations, à des attaques chimiques à une température supérieure à 170 °C pendant le fonctionnement de la turbomachine.The main
Le rayon général de l'interface arrondie et/ou l'épaisseur de la paroi est/sont supérieur(s) à 1%, préférentiellement supérieur(s) à 2%, plus préférentiellement supérieur à 4%, éventuellement supérieur à 6% du rayon de l'arête vive.The general radius of the rounded interface and / or the thickness of the wall is / are greater than 1%, preferably greater than 2%, more preferably greater than 4%, possibly greater than 6% of the radius of the sharp edge.
Le carter 28 présente une arête vive 76 formant un angle saillant. Cette arête peut être intégrée dans la turbomachine, sans nécessiter d'usinage complémentaire. L'arête 76 peut être généralement perpendiculaire, ce qui permet de réaliser une jonction lisse lorsqu'elle est mise en concordance avec une arête correspondante. La réunion des deux arêtes permet de réaliser une surface de guidage d'un flux sans ressaut qui nuirait au bon écoulement du flux. Cette réunion peut également former une zone de fixation sans aspérité, par exemple pour venir y appuyer une plateforme d'aube en vue de son positionnement et de sa fixation.The
Claims (15)
- Composite annular casing (28) of a turbomachine (2), in particular of a low-pressure compressor (4), including:- a wall (34) of generally circular form or in a circular arc;- a mounting flange (30) extending radially from one side of the wall (34), forming an edge (76) together with the said wall;- a main fibrous reinforcement (38) extending in a continuous manner along the wall and of the flange and forming an angled portion and rounded in the area of the edge, the main fibrous reinforcement (38) comprising a preform (40) made of a plurality of folds (46), each fold (46) comprising woven fibres, and- an auxiliary fibrous reinforcement (56) extending along the edge (76);- a matrix;the auxiliary reinforcement (56) comprising a core (58) extending along the edge (76) in such a way as to occupy the volume between the edge and the angled portion of the main reinforcement (38), the core of the auxiliary reinforcement (56) comprises fibres (60) which extend radially from the edge (76) as far as the main reinforcement (38), said fibres (60) being of the same nature than the woven fibres of the folds (46) of the main reinforcement.
- Casing (28) according to claim 1, characterized in that the core (58) of the auxiliary reinforcement (56) comprises a braided or woven strand, optionally in a three-dimensional manner.
- Casing (28) according to one of claims 1 and 2, characterized in that the transverse section of the core of the auxiliary reinforcement (56) presents a profile of generally triangular form, optionally of a right-angled triangle of which the right angle is arranged in the area of the sharp edge (76).
- Casing (28) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the main reinforcement (38) and the auxiliary reinforcement (56) are essentially in contact over the whole of the radial thickness of the wall (34) and/or over the whole of the axial thickness of the mounting flange (30).
- Casing (28) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the core of the auxiliary reinforcement (56) presents a homogeneous fibre density perpendicular to its prolongation.
- Casing (28) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the mounting flange is an annular mounting flange (30) and/or an axial mounting flange, the annular casing (28) preferably being an annular case-half extending over a semi-circle which comprises axial flanges arranged laterally on the cylindrical portion (34) and opposing annular flanges arranged at the axial extremities of the cylindrical portion (34).
- Casing (28) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the fibres (60) of the core (58) of the auxiliary reinforcement (56) extend mainly parallel to the edge (76), each portion of fibres (60) of the auxiliary reinforcement (56) preferably being inclined in relation to the edge at an angle of less than 40°, and more preferably of less than 20°.
- Casing (28) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the fibres (60) of the main reinforcement (38) and of the core of the auxiliary reinforcement (56) are of the same length and/or of the same diameter.
- Casing (28) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the fibres of the main reinforcement (38) and of the core of the auxiliary reinforcement (56) are intertwined at the interface (71) between the main reinforcement (38) and the auxiliary reinforcement (56), the fibres of the reinforcements preferably being arranged in bundles of fibres which are intertwined across the interface.
- Casing (28) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the main reinforcement (38) and the core of the auxiliary reinforcement (56) each have a homogeneous density of the fibres (60), the ratio of the densities of the fibres of the reinforcements preferably being between 0.5 and 1.50; preferably between 0.80 and 1.20; more preferably between 0.95 and 1.05.
- Turbomachine (2) comprising a composite annular casing (28), characterized in that the composite annular casing (28) is in accordance with one of claims 1 to 10, the matrix preferably being an organic matrix on the basis of polyetherimide, epoxy, or polyether ether ketone; the main reinforcement (38) being a fibrous preform comprising a stack of fibrous folds (46) with carbon fibres and glass fibres, each fibrous fold comprising fibres (60) arranged in bundles of woven fibres in at least two directions.
- Turbomachine (2) according to claim 11, characterized in that it comprises a intermediate blower casing (32), a low-pressure compressor (4) with annular rows of stationary blades (26) and a separation nose (22), the annular casing (28) comprising an annular mounting flange (30) at each axial extremity, including an upstream flange and an downstream flange, the annular casing (28) having a reduction in its radius in the downstream direction, the annular casing (28) preferably being an external principal structure of the compressor (4) to which the rows of blades (26) are fixed, the separation nose (22) via the upstream flange, the intermediate blower casing (32) via the downstream flange, the annular casing (28) further comprising an alternation of annular layers of abradable material (36) and annular surfaces for the mounting of the blades, the annular casing (28) being formed from half shells separated by an axially extending plane.
- Method of manufacturing a composite annular casing (28) of a turbomachine (2) which comprises a wall (34) presenting a generally circular profile or in a circular arc, a mounting flange (30) extending radially from one side of the wall (34) and forming together with the wall an edge (76), the method comprising the following steps:(a) positioning (107) of an auxiliary reinforcement (56) in a corner (70) of a moulding surface (64) of an injection mould, said corner forming the edge (76);(b) positioning (108) of a main reinforcement (38) against the moulding surface (64) by adapting their form to that of the auxiliary reinforcement (56) in the area of the corner (70), the main fibrous reinforcement (38) comprising a preform (40) made of a plurality of folds (46), each fold (46) comprising woven fibres;(c) closing of the injection mould;(d) injection of a resin (74) and polymerization of the resin (74);(e) demoulding of the casing (28),method wherein the core of the auxiliary reinforcement (56) comprises fibres (60) which, after the step (b), extend radially from the edge (76) to the main reinforcement (38), said fibres (60) being of the same nature than the woven fibres of the folds (46) of the main reinforcement
- Method according to Claim 13, characterized in that, before the step (b) of positioning (108) a main reinforcement (38), said reinforcement (38) is produced with a rounding (50; 54) intended to come into contact with a contact surface of the auxiliary reinforcement (56), preferably on completion of the step (b), the rounding of the main reinforcement being flattened and the contact surface of the auxiliary reinforcement being curved inwards.
- Method according to one of claims 13 and 14, characterized in that, in the course of the step (c) of closing of the injection mould, the main reinforcement (38) is compacted and/or the main reinforcement (38) and the core (58) are compacted mutually.
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